【正文】 ?? ???????????? ???? ???? sp RR （ 31） 對(duì)于帶通濾波器， wp應(yīng)表為 [wp1,wp2]。 IIR 濾波器的脈沖傳遞函數(shù)在 Z 平面上有極點(diǎn)存在，其單位沖激響應(yīng)是無限長(zhǎng)序列。因此，在相位要求不敏感的場(chǎng)合，選擇 IIR 濾波器較為合適；而對(duì)于圖像處理，數(shù)據(jù)傳輸?shù)纫圆ㄐ螖y帶信息的系統(tǒng)，對(duì)線性相位要求較高，在條件許可的情況下，采用系數(shù)對(duì)稱 FIR 濾波器較好。由于運(yùn)算中的舍入處理，使誤差不斷累積，湖南人文科技學(xué)院（畢業(yè)論文） 23 有時(shí)會(huì)產(chǎn)生微弱的寄生振蕩。 IIR 濾波器具有無限長(zhǎng)的單位脈沖響應(yīng)，在結(jié)構(gòu)上存在反饋回路，即是遞歸型的。 HR濾波器結(jié)構(gòu)具有多種形式，歸納 起來主要有以下幾種。這是一種最優(yōu)化的設(shè)技方法，先確定一種最作準(zhǔn)則，然后求在此沿則下濾波器系統(tǒng)函數(shù)的系數(shù)。 這種設(shè)計(jì)方法實(shí)際上是一個(gè)內(nèi) S 平面到 Z 平面的變換。 一般情況下，一個(gè)高階 IIR 濾波器設(shè)計(jì)可以簡(jiǎn)化成幾個(gè)二階濾波器來設(shè)計(jì)，即可由幾個(gè)二階濾波器級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)。通過這樣的簡(jiǎn)化，可以減少系統(tǒng)中參數(shù)個(gè)數(shù)和相關(guān)硬件。但由于這種 DSP 芯片本身的 32位結(jié)構(gòu)局限，使得輸出數(shù)據(jù)溢出有可能成為設(shè)計(jì)中的問題。 DSP 中延時(shí)的實(shí)現(xiàn)方法 在 DSP中實(shí)現(xiàn)周期采樣的算法比較簡(jiǎn)單，其實(shí)現(xiàn)方法有兩種：線性緩沖區(qū)法和循環(huán)緩沖區(qū)法。 下面介紹線性緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)尋址過 程。 求 10( ) ( )Niiy n b x n i?????的過程如圖 42所示。 ? AR1指針指向緩沖區(qū)底部，為下次計(jì)算做準(zhǔn)備。例如： LD+DELAY→LTD E 指令 MAC+DELAY→MACD 指令 注意：線性緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)需要不停的移動(dòng)，因此，緩沖區(qū)只能定位在 DARAM中。 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 1. DSP 的設(shè)計(jì)工具 本系統(tǒng)使用集成 DSP開發(fā)環(huán)境為 TI公司提供的 CCS50000（ Code Composer Studio）。 （ 3）、對(duì)采樣和量化的數(shù)據(jù)進(jìn)行 IIR數(shù)字濾波。在經(jīng)歷了 2個(gè)多月的寫作，從開始的毫無頭緒到論文的完成，我一直都兢兢業(yè)業(yè)，如履薄冰，生怕自己有任何疏忽的地方。在這里我要感謝學(xué)校給我這次機(jī)會(huì)，使我在即將畢業(yè)的時(shí)候還在慢慢的成長(zhǎng)。在這 2 個(gè)多月里，我無疑在經(jīng)歷一場(chǎng)戰(zhàn)爭(zhēng)，其激烈程度絲毫不亞于第二次世界大戰(zhàn)。 4. 應(yīng)用程序的編寫 下面我們就設(shè)計(jì)一個(gè)原始 IIR低通濾波 器 濾波器類型為橢圓濾波器，濾波器階次為四階（極聯(lián)：二階與二階之和），通帶頻率范圍為 200HZ，阻帶頻率范圍在 500Hz以上。 3. 程序的流程設(shè)計(jì) （ 1）、初始化系統(tǒng)。每當(dāng)輸入新的樣本時(shí)，以新樣本改寫滑窗中最老的數(shù)據(jù)，而滑窗的其它數(shù)據(jù)不需要移動(dòng)，這就是線性緩沖區(qū)與循環(huán)緩沖區(qū)的區(qū)別。其指令為： x [n] x [n1] x [n2] x [n3] ..... x [nN+3] x [nN+2] x [nN+1] （ a） x [n+1] x [n] x [n1] x [n2] ..... x [nN+4] x [nN+3] x [nN+2] x [nN+1] （ b） 0b 1b 2b 3b 3Nb? 2Nb? 1Nb? 2Nb? …. (c) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu) AR1 AR1 AR2 PORTR 數(shù)據(jù)緩沖 區(qū)頂部 圖 42 N 階線性緩沖區(qū)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu) 湖南人文科技學(xué)院（畢業(yè)論文） 28 DELAY Smem。 ? 當(dāng)經(jīng)過 N次取數(shù)，移位和運(yùn)算后，得到 y(n)。 AR1被用作間接尋址的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的輔助寄存器，指向存放最老的數(shù)據(jù)單元。實(shí)現(xiàn) N階 IIR濾波器，需要在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中開辟一個(gè) N單元的緩沖區(qū)，用來存放最新的 N個(gè)輸入樣本。 圖 34 IIR 濾波器的零 /極點(diǎn)的互換 圖 35二階 IIR 濾波器的正準(zhǔn)結(jié)構(gòu) 湖南人文科技學(xué)院（畢業(yè)論文） 26 第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件采用 TI公司的 TMS320VC5402定點(diǎn) DSP芯片，它采用先進(jìn)的改進(jìn)哈佛結(jié)構(gòu)，擁有一條程序總線和三條數(shù)據(jù)總線，指令周期為 10ns，兩個(gè)多通道緩沖串行口。由上面 的 討 論，去掉其中一部分延遲硬件是容易理解的。該二階 IIR 濾波器由前向通道和反饋通道兩部分級(jí)聯(lián)而成。由于種擊響應(yīng)不變法有可能湖南人文科技學(xué)院（畢業(yè)論文） 24 產(chǎn)生頻率混疊現(xiàn)象，因此在實(shí)際應(yīng)用戶用得最多的是雙線性變換法。 利用模擬濾波器設(shè)計(jì)理論來設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器是 — 種常用的設(shè)計(jì)方法。直接 I型結(jié)構(gòu)需要 2N 級(jí)延遲單元，直接 II 型結(jié)構(gòu)與直接 I 型結(jié)構(gòu)相比節(jié)省了一半延遲，即需要 N 級(jí)延遲單元，是最常用的 IIR 濾波器之一 . IIR 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì) IIR 濾波器的設(shè)計(jì)一般有以下兩種方法： (1)先設(shè)計(jì)一個(gè)模擬濾波器，然后變換成滿足預(yù)定指標(biāo)的數(shù)字濾波器。濾波器輸出 y(n)不僅依賴于當(dāng)前輸入 x(n)及過去輸入 x(n— 1)． x(n— 2)，? ,x（ n— N+1)，而且依賴于過去的輸出 y(n— 1)、 y(n— 2)，? ,y(n— N+1)。在設(shè)計(jì)一個(gè) IIR 數(shù)字濾波器時(shí)，我們根據(jù)指標(biāo)先寫出模擬濾波器的公式，然后通過一定的變換，將模擬濾波器的公式轉(zhuǎn)換成數(shù)字濾波器的公式。 2． IIR 數(shù)字濾波器采用遞歸型結(jié)構(gòu)，即結(jié)構(gòu)上帶 有反饋環(huán)路。但是，在有限精度的運(yùn)算中可能出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象。其他復(fù)雜形狀的預(yù)期特性通常也可由若干理想的幅頻特性疊合構(gòu)成。即通帶頻率 wp 和通帶波動(dòng) 1? ，阻帶頻率 ws 和阻帶衰減 2? 。根據(jù) wc1和 wc2 取值不同可分為 4 種類型： （ 1） 低通濾波器，當(dāng) wc1=0 時(shí)； （ 2） 高通濾波器，當(dāng) wc2=? 時(shí)； （ 3） 帶通濾波器，當(dāng) wc1 及 wc2 如圖 所示時(shí)； （ 4） 帶阻濾波器，當(dāng) [0,wc1]及 [wc2,1]區(qū)間幅度為 1， [wc1,wc2]區(qū)間幅度為 0 時(shí)。 FIR 濾波器的分母為 1，即只有一個(gè)分子多項(xiàng)式，而 IIR 濾波器的系統(tǒng)函數(shù)是兩個(gè) Z 的多項(xiàng)式的有理分式。而 ST1 中 INTM 位為中斷總開 關(guān)。硬件中斷可由外部硬件引發(fā)，或由片內(nèi)外設(shè)內(nèi)部引發(fā)。該尋址方式物理地址的計(jì)算方法如下： 5 .間接尋址 間接尋址是指 dmad 由輔助寄存器 AR0－ AR7 內(nèi)容構(gòu)成。 寄存器尋址方式是一種簡(jiǎn)單快捷的尋址方式，源和目的操作數(shù)都可以是寄存器。如果立即數(shù)為 16 位或 32 位，那么，它 將按 “高高低低 ”的原則進(jìn)行存儲(chǔ)。 累加器中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)， AH 和 AL部分比較好辦，采用 STH， STL 和 STLM 即可完成。 2） 40 比特值根據(jù) SXM 位調(diào)整為 32位。如果只有 OVM＝ 1，而 SMUL 不為 1，只在加 /減結(jié)果后作溢出調(diào)整。 ? SMUL－乘法溢出處理。 ? DROM－數(shù)據(jù) ROM 配置。 OVLY＝ 0，片內(nèi) RAM 不配置入程序空間； OVLY＝ 1，除 00－ 7FH外，片內(nèi) RAM配置入程序空間。復(fù)位后 IPTR 為 1FFH，指向 FF80H 的位置，可重新定義到任何頁。規(guī)定了移位范圍 16－ 15，用于并行存儲(chǔ)指令 STH、 STL、ADD、 SUB 和 LD。 FRCT＝ 1，乘法器輸出左移一位補(bǔ)償多余的符號(hào)位。 ? SXM－符號(hào)擴(kuò)展方式。 ? 0－讀出值總為 0。指示 CPU 響應(yīng) HOLD 信號(hào)的方式。 ? CPL－編譯器模式，指示相關(guān)直接尋址選用指針。 ADD 指令只能置位 C，而 SUB 指令只能清 C ? OVA－累加器 A溢出標(biāo)志 ? OVB－累加器 B溢出標(biāo)志 ? DP－數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間頁標(biāo)志，由 DP 指定頁，在此頁中采用直接尋址指令。 XPC 寄存器指示選定頁，復(fù)位后，初始化為 0。當(dāng)?shù)刂仿湓谶@些區(qū)域內(nèi)，自動(dòng)對(duì)這些區(qū)域進(jìn)行訪問；當(dāng)?shù)刂仿湓谶@些區(qū)域以外，自動(dòng)產(chǎn)生對(duì)外部存儲(chǔ)器的訪問。依賴其并行的工藝特性和片上 RAM 雙向訪問的性能，在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)， C54x 可以執(zhí)行 4 條并行并行存儲(chǔ)器操作：取指令，兩操作數(shù)讀，一操作數(shù)寫。6,能降低功耗和提高抗核輻射能力的 3． 1 TMS320C54x 的主要 特性 CPU C54x 的 CPU結(jié)構(gòu)包括： ? 40比特的 ALU，其輸入來自 16比特立即數(shù)、 16 比特來自數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)、暫時(shí)存儲(chǔ)器、 T中的 16 比特?cái)?shù)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中兩個(gè) 16比特字、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中 32 比特字、累加器中 40 比特字。雖然說到 DSP 的實(shí)時(shí)性比較差，但在本次設(shè)計(jì)中不會(huì)因?yàn)樗娜秉c(diǎn)而受影響。 利用 FPGA的高速度、高密度的特點(diǎn) , 可以滿足一些高精度實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)對(duì)精度和速度的要求。可編程邏輯器是新一代的數(shù)字器件 ,它不僅具有很高的速度和可靠性 ,而且具有用戶可重復(fù)定義的邏輯功能 ,即具有可重復(fù)編程的特點(diǎn) ,其固有的品質(zhì)不僅能提供卓越的性能而且還有極高的靈活性。 濾波器功能的實(shí)現(xiàn)實(shí)際上是通過大量的加法和乘法運(yùn)算來完成的 ,因此在進(jìn)行實(shí)時(shí)濾波處理時(shí) ,必須解決乘法和累加運(yùn)算的耗時(shí)問題 ,使運(yùn)算速度盡可能的快以滿足實(shí)時(shí)處理的要求。 C64xx系列是新發(fā)展，性能是 C62xx的 10倍。 TMS320C6000： TMS320C6000系列包括 C62xx、 C67xx和 C64xx。 TMS320C5000： TMS320C5000系列包括 C54x和 C55x系列。 C28x系列主要用于大存儲(chǔ)設(shè)備管理，高性能的控制 場(chǎng)合。 接口簡(jiǎn)單。精度僅受量化誤差即有限字長(zhǎng)的影響，信噪比高，對(duì)器件性能影響較少。 DSP芯片有專用的數(shù)字信號(hào)處理函數(shù)可調(diào)用 ，可用于復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理算法 ， 且靈活，速度快，因此在 實(shí)現(xiàn) IIR濾波器 時(shí)也給我們帶來了方便。如果要對(duì)更低頻率的信湖南人文科技學(xué)院（畢業(yè)論文） 6 號(hào)進(jìn)行濾波處理，可采用 MAX260芯片，它的工作頻率為 ～ 。當(dāng)時(shí)鐘頻率為 4MHz，工作模式選擇為模式 3時(shí)，芯片可以對(duì) 140kHz的輸入信號(hào)進(jìn)行濾波處理。積分器、電容切換網(wǎng)絡(luò)（ SCN）和工作模式選擇器分別由編程數(shù)據(jù) M0M1， F0～ F5和Q0～ Q6控制。美信公司（ MAXIM）生產(chǎn)垢可編程濾波器芯片 MAX262可以通過編程對(duì)各種低頻信號(hào)實(shí)現(xiàn)低通、高通、帶通、帶阻以及全通濾波處理，而且濾波的特性參數(shù)如中心頻率、品質(zhì)因數(shù)等也可以通過編程進(jìn)行設(shè)置。雖然可采用多片擴(kuò)展 來滿足要求，但會(huì)增加體積和功耗，因而在實(shí)際應(yīng)用中受到限制。 本文的最后是參考文獻(xiàn)和致謝。 第二章是 系統(tǒng)總體方案論證與比較 。目前， DSP 芯片的價(jià)格越來越低，性能價(jià)格比日益提高，具有巨大的應(yīng)用潛力。 （ 3） 按頻率通帶范分類 按頻率通帶范圍分類，濾波器可分為低通、高通、帶通、帶阻、全通五個(gè)類別，而梳形濾波器屬于帶通和帶阻濾波器，因?yàn)樗兄芷谛缘耐◣Ш妥鑾?。?dāng)然，每個(gè)分類又可繼續(xù)分下去，總之，它們的分類可以形成一個(gè)樹形結(jié)構(gòu)，如圖 11所示。從這些應(yīng)用比例來看，我國(guó)電子產(chǎn)品要想實(shí)現(xiàn)大規(guī)模集成，濾波器集成化仍然是個(gè)重要課題。經(jīng)過半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，我國(guó)濾波器在研制、生產(chǎn)和應(yīng)用等方面已納入國(guó)際發(fā)展步伐，但由于缺少專門研制機(jī)構(gòu)，集成工藝和材料工業(yè)跟不上來，使得我國(guó)許多新型濾波器的研制應(yīng)用與國(guó)際發(fā)展有一段距離。 80 年代，致力于各類新型濾波器的研究，努力提高性能并逐漸擴(kuò)大應(yīng)用范圍。 1917 年美國(guó)和德國(guó)科學(xué)家分別發(fā)明了 LC 濾波器，次年導(dǎo)致了美國(guó)第一個(gè)多路復(fù)用系統(tǒng)的出現(xiàn)。 filter design。第三章節(jié) 主要介紹了 TMS320C54XDSP 的基本結(jié)構(gòu)，包括 CPU ， 存儲(chǔ)器，指令系統(tǒng)，在片外圍電路，程序儲(chǔ)存器，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器， I/O 存儲(chǔ)器， 中央處理單元 CPU 基本組成和 尋址方式。222 學(xué)科分類號(hào)： ___________ 湖南人文科技學(xué)院 專科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì) 題目名稱： 基于 TMS320C54X 的 IIR 濾波器的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 郭堅(jiān) 學(xué)號(hào) 05306123 系 部： 通信與控制工程系 專業(yè)年級(jí)： 05 級(jí)電子信息工程技術(shù) 指導(dǎo)教師： 楊玲 2020 年 5 月 18 日 湖南人文科技學(xué)院（畢業(yè)論文） I 摘要 作為 DSP 領(lǐng)域內(nèi)的產(chǎn)品濾波器，在近代電信設(shè)備 和各類控制系統(tǒng)中應(yīng)用極為廣泛， IIR 濾波器由于具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)算量小的特點(diǎn)，因而得到了廣泛的應(yīng)用 。最后確定了用 DSP 來設(shè)計(jì)濾波器。 關(guān)鍵字 ： IIR 數(shù)字濾波器；濾波器設(shè)計(jì)； DSP 湖南人文